Архитектура и технологии сетей масштаба города
Страница 2. Базовые контрольно-управляющие технологии

Базовые контрольно-управляющие технологии

VLAN

Без сомнения, базовой для построения развитых Ethernet-сетей является технология виртуальных локальных сетей – Virtual LAN (VLAN). Она позволяет создавать в едином Ethernet-сегменте независимые логические области, ограничивающие на канальном уровне пределы распространения трафика (в том числе и широковещательного). Для этого (согласно стандарту IEEE 802.1Q) в заголовок Ethernet-фрейма вводится дополнительная информация о принадлежности к вилану (VLAN). Так получается вилан с помеченными кадрами данных (Tagged VLAN), которые передаются по транковым линиям (802.1Q Trunk). Это позволяет передавать по одному каналу данные нескольких изолированных локальных сетей. Дальнейшая коммутация происходит с учетом 802.1Q-метки. На выходе из коммутатора (например, на стороне клиентского порта) метка (Tag) убирается (это называется вхождением порта в нетегированный вилан – Untagged VLAN).

Хрестоматийный и всячески рекомендованный (сами знаете кем) дизайн сети под названием "эскимо" ("маршрутизатор на палочке" – "router on stick") выглядит следующим образом: клиентские подсети изолируются друг от друга путем подключения к раздельным виланам (через порты с Untagged VLAN), а связь между ними организуется при помощи маршрутизатора (Layer 3 OSI) через 802.1Q транки (содержащие Tagged VLAN), см. рис. 11.

Рис. 11.

На практике использование виланов дает возможность гибко изменять логическую организацию сети независимо от реальной физической топологии.

Q-in-Q

Непосредственным решением присущих 802.1Q-виланам ограничений (например, их максимальное число 4096) явилась технология Q-in-Q. Ее концепция очень проста (как и все гениальное): операторское устройство, получающее клиентский Ethernet-фрейм, добавляет еще одну 802.1Q-метку, которая и принимается во внимание при дальнейшей коммутации. Так получается целый блок меток, а сам процесс называется стекированием виланов (802.1Q stacking). На выходе из провайдерской сети дополнительная метка удаляется. Это позволяет строить полностью прозрачные на канальном уровне (Layer 2 OSI) операторские сети класса Metro.

STP

Как известно, в сетях Ethernet коммутаторы поддерживают только древовидные, то есть не содержащие петель связи. И именно технология Spanning Tree Protocol (STP) позволяет создавать отказоустойчивые топологии канального уровня (Layer 2 OSI) типа "кольцо", являясь совершенно прозрачной для вышестоящего стека сетевых протоколов (IP).

Принцип действия STP выглядит следующим образом. После активирования коммутаторы обмениваются специальными информационными пакетами (BPDU) с помощью которых вначале выбирается корневой мост (который будет в итоге находиться на вершине древовидной структуры) а затем кратчайшие (в смысле пропускной способности) пути от каждого из коммутаторов до корневого. В конечном итоге формируется логическая беспетельная топология путем блокирования некоторых избыточных связей (портов).

В настоящее время все большее признание получает Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) – учитывающий ограничения и недостатки STP стандарт.

OSPF

Протокол маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF) тоже находит себе применение в сетях Metro. Он позволяет строить отказоустойчивые топологии сетевого уровня (Layer 3 OSI). Вероятно, это идеологически неправильно, но, в случае организации нескольких резервных каналов между маршрутизаторами, оправданно. Кроме того, в отличие от STP, OSPF допускает использование всех имеющихся линий связи.

MPLS

Самой передовой технологией для построения операторских сетей является Multiprotocol Label Switching (MPLS), как наиболее эффективная архитектура для передачи IP-трафика.

Для продвижения данных по сети MPLS использует технику, известную как коммутация пакетов по меткам. На входе в MPLS-домен пакеты получают метки, которые определяют маршруты их следования, а на выходе – удаляются. В ядре сети поддерживается только коммутация по меткам, что обеспечивает решение основной задачи – быстрой передачи пакетов. Кроме того, MPLS поддерживает и другие дополнительные сервисы: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS и AToM. Их подробное рассмотрение выходит за рамки текущего обзора.

Заключение

Данная публикация создавалась исключительно с целью структуризации комплекса технологий построения городских сетей. Несомненно, что многие позиции требуют более глубоких и развернутых описаний. Но, думаю, что главное было определиться с понятиями и выделить основные тенденции развития сетей Metro.

Теперь можно смело рассуждать о различных высоких материях и со снисходительной улыбкой разглядывать рекламу ведущих производителей сетевого оборудования. Кстати, светлое будущее, о котором они так много говорят, может оказаться к вам гораздо ближе (и доступнее), чем кажется.

Эдуард Афонцев